专利名称：线性致动器的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及线性致动器，其适于使得工件沿着期望路径进行线性往复运动。具体地，本发明涉及用于这种线性致动器的改进结构，其尺寸较为紧凑、构造价格低廉、操作安静并且能够处理较重的载荷。
背景技术：
线性致动器是能够用来使得工件沿着期望运动路径进行线性运动(通常是线性往复运动)的装置。典型的线性致动器包括具有可旋转输出轴的电动马达。电动马达的输出轴通过齿轮传动装置连接到螺母和导螺杆机构。电动马达的输出轴的旋转引起导螺杆的对应旋转。螺母具有贯穿形成的开口，该开口具有内螺纹。导螺杆延伸穿过该开口，并且具有外螺纹，该外螺纹与螺母上形成的内螺纹配合。螺母安装在导螺杆上，使得螺母受到约束而不能在导螺杆旋转时随着导螺杆旋转。因此，导螺杆的旋转使得螺母沿着导螺杆进行轴向线性运动。螺母(和与该螺母连接的工件)的这种轴向运动的方向取决于导螺杆的旋转方向。线性致动器广泛用于从小载荷到重载荷的各种应用。为了适应重载荷，已知的线性致动器结构由较大且较重的金属部件形成。因此，当前使用的许多线性致动器结构是较重且较昂贵的。因此，希望提供改进的线性致动器结构，其重量较轻且生产成本较低廉，并且还能够处理较重的载荷。
发明内容
本发明涉及用于线性致动器的改进结构，其包括壳体。盖管相对于壳体支撑。螺母接合盖管，以防止螺母相对于盖管旋转。导螺杆可旋转地接合螺母，其中导螺杆的旋转使得螺母沿着导螺杆行进。参考附图，从以下优选实施例的详细描述中，本发明的各个方面对于本领域技术人员而言将变得明显。
图1为根据本发明的线性致动器的透视图。图2为图1所示线性致动器的透视图，其中外盖已经从线性致动器移除。图3为图2所示线性致动器的分解后视图，其中已经移除了各个内部部件。图4为图2所示线性致动器的透视图，其中额外的内部部件已经被移除或者用虚线示出。
图5为图4所示线性致动器的透视图，其中额外的内部部件已经被移除或者用虚线示出。图6为图2所示线性致动器的推力管的放大透视图。图7为图5所示线性致动器的螺母的放大透视图。图8为图4所示线性致动器的螺母与盖管接合的横截面端视图。
具体实施例方式现在参见附图，在图1中示出了根据本发明的总体用10表示的线性致动器。所示的线性致动器10是机电致动器，其成本低廉，并且适用于空间有限的应用。例如，线性致动器10可以用于医疗保健应用，例如浴缸提升器、轮椅和类似物。然而，应当理解，线性致动器10可以针对任何期望的目的而用于任何期望的环境。所示的线性致动器10包括限定了内部区域的壳体11。所示的壳体11包括第一盖12和第二盖14。壳体11适于密封线性致动器10的内部部件而免于外部条件的影响，并且防止与内部部件干涉。例如，第一盖和第二盖12和14可以是刚性塑料构件，它们进行匹配接合以形成蛤壳式构造，并且彼此超声焊接。壳体11还可以被构造成支撑内部部件，而不需要额外的机械紧固件，如以下将要解释的。因此，第一盖和第二盖12和14可以限定对应的支撑特征，包括例如向内延伸的突出部、支撑槽、相对的孔和类似物。应当理解，第一盖和第二盖12和14可以采用实现本文所述的功能的任何结构。现在参见图2，其示出了线性致动器10，其中第二盖14从壳体11移除，以示出其内部部件。如图所示，线性致动器10包括马达20，该马达适于提供旋转动力源，如以下将要解释的。应当理解，马达20可以是被构造成提供旋转动力源的任何设备，但是优选地为电动装置。如图所示，马达20通过对应的支撑突出部安装在壳体11内，该支撑突出部可以由第一盖和第二盖12和14 一体地形成。一对O形环22 (图3中示出了两个O形环22)可以位于马达20的相对两端处，并且可以定位在马达20和支撑突出部之间，以用于衰减噪声和振动，否则这些噪声和振动可能传递到壳体11。所示的马达20包括输出轴24。所示的输出轴24实施为螺纹蜗杆驱动器，其目的将在以下解释。输出轴24的远侧端部通过衬套26旋转地安装到第一盖12，该衬套继而插入到通过第一盖12固定的O形环28中。应当理解，马达20和输出轴24能够以实现这里和以下所述的目的的任何方式构造。现在参见图2和3，所示的输出轴24接合蜗轮30，并且使蜗轮30绕第一销31旋转。所示的第一销31具有与由输出轴24限定的轴线大致垂直的轴线。这种构造允许将较高的转矩转换为线性运动，同时也解决在内部作用在线性致动器10上的合力。因此，第一销31可以通过由第一盖和第二盖12和14限定的一对相对的安装孔而固定到壳体11 (例如见图5)。输入齿轮32也安装在第一销31上，并且连接到蜗轮30以用于随该蜗轮旋转。因此，第一销31可以包括衬套33 (见图4)或任何其他支承结构，以用于将蜗轮30和输入齿轮32可旋转地安装到其上。输出齿轮34安装在第二销35上，以用于与输入齿轮32接合。输入齿轮32和输出齿轮34可以被构造成任何类型的齿轮结构,例如正齿轮或螺旋齿轮。因此,显而易见的是，输出齿轮34相对于输入齿轮32沿相反的方向旋转。第二销35可以与第一销31大致平行，并且类似地，可以通过由第一盖和第二盖12和14限定的一对相对的安装孔而固定到壳体11(例如见图5)。驱动齿轮37也可以安装在第二销35上，并且连接到输出齿轮34以用于随该输出齿轮旋转。因此，第二销35还可以包括衬套36或任何其他支承结构，以用于将输出齿轮34和驱动齿轮37可旋转地安装到其上。如图3所示,所示的线性致动器10还包括从动齿轮38,该从动齿轮38与驱动齿轮37啮合以用于随该驱动齿轮旋转。驱动齿轮37和从动齿轮38彼此形成大体直角，因此可以实施为合适的齿轮结构，例如锥齿轮或斜齿轮。现在参见图2和6，线性致动器10还包括由壳体11支撑的推力管40。所示的推力管40限定了具有开口端部的大致圆柱形部分。推力管40的开口端部可以限定内螺纹直径42，其目的将在以下解释。所示的推力管40还包括延伸穿过其侧壁的多个开口。如图2所示，蜗轮30的下部部分向下延伸到在推力管40的顶部表面中相应地形成的开口中。这种构造允许线性致动器10结合有期望的齿轮比，同时还最小化在壳体11的内部区域中占据的空间大小。另外，推力管40可以包括一个或多个支撑构件44，以用于接合第一盖和第二盖12和14，从而将推力管40固定地安装在壳体11内。推力管40可以针对任何期望的应用以任何方式构造。如图所示，推力管40的相对两端从壳体11延伸穿过由第一盖和第二盖12和14限定的孔口(未示出)。推力管40的端部部分限定了安装部分，该安装部分被构造成将线性致动器10固定到单独的部件(未示出)。例如，所示的推力管40限定了分叉端部，该分叉端部具有贯穿延伸的通孔。然而，推力管40的端部部分可以针对任何期望的应用以任何方式构造。现在参见图4和5，其示出了线性致动器10，其中额外的内部部件被移除或以虚线显示。如图所示，线性致动器10还包括导螺杆50。所示的导螺杆50限定了长形轴，该长形轴被旋转地支撑在壳体11内。导螺杆50限定了外螺纹52，其目的将在以下解释。外螺纹52可以具有任何角度、螺距、导程、深度或其它期望尺寸。应当理解，导螺杆50可以针对任何期望的应用以任何方式构造。所示的导螺杆50的第一端部延伸到推力管40的开口端部中。如图5所示，轴承组件54可以插入到推力管40的开口端部中，以用于将导螺杆50可旋转地支撑在推力管中。应当理解，轴承组件54可以实施为任何轴承结构，包括例如球轴承组件或类似物。所示的从动齿轮38利用例如键连接或类似物安装到导螺杆50的第一端部。因此，应当理解，马达20的操作使相应的齿轮旋转，这使得导螺杆50旋转。导螺杆50的第二端部包括阻挡垫圈55、弹性衬套56、第二垫圈57和紧固件58。弹性衬套56可以定位在阻挡垫圈55和第二垫圈57之间。紧固件58可以固定到导螺杆50的端部，以用于将部件固定到该导螺杆。所示的线性致动器10还包括螺母60，该螺母被支撑以沿着导螺杆50的外表面进行轴向运动。如图7所示，螺母60为包括内螺纹62的环形构件。内螺纹62被构造为螺纹接合导螺杆50的外螺纹52。因此，当导螺杆50相对于螺母60旋转时，螺母60沿着导螺杆50轴向运动。螺母60的这种轴向运动的方向取决于导螺杆50的旋转方向。所示的螺母60还包括凸缘部分62。凸缘部分72可以卷曲或以其他方式分段，以防止其在导螺杆50旋转时旋转，如以下将要解释的。
再次参见图4和5,所示的线性致动器10还包括延伸管70。所示的延伸管70为在两端处限定了开口的大致圆柱形构件。延伸管70的第一端部固定到螺母60。为了实现这种情况，螺母60的一部分可以接纳在延伸管70的第一端部中。螺母60可以通过使延伸管70绕螺母60卷曲而固定到延伸管70。这样的连接可以解决延伸管70和螺母60之间的轴向和径向载荷。或者，螺母60可以以任何合适的方式固定到延伸管70，例如利用螺纹连接。另外，延伸管70可以由任何期望的材料制成，例如不锈钢或类似物，并且可以利用任何合适的方法形成，例如挤出工艺。所示的延伸管70包括适配器72，以用于将线性致动器10安装到单独的部件(未示出)。通过将适配器72的一部分插入到延伸管70的第二端部中，适配器72可以刚性地固定到延伸管70的第二端部(见图5)。通过使延伸管70绕适配器72卷曲，适配器72可以固定到延伸管70。这样的连接可以解决延伸管70和适配器72之间的轴向和径向载荷。或者，适配器72可以以任何合适的方式固定到延伸管70，例如利用螺纹连接。如图所示，适配器72的相对端部从延伸管70延伸，并且限定了安装部分，该安装部分被构造为将线性致动器10固定到单独的部件(未示出)。例如，所示的适配器72限定了分叉端部，该分叉端部具有贯穿延伸的通孔。然而，适配器72可以针对任何期望的应用以任何方式构造。参见图2至4，所示的线性致动器10包括盖管80。所示的盖管80为在两端处具有开口的大致圆柱形构件。如图所示，盖管80的第一端部连接到推力管40。盖管80的第一端部可以限定外螺纹部分82，该外螺纹部分82与推力管40的内螺纹42接合。如果期望，外螺纹部分82可以利用粘合剂而约束在推力管40中。或者，盖管80可以以任何方式固定到推力管40。盖管80的第二端部从壳体11向外延伸穿过由第一盖和第二盖12和14限定的孔口。盖管80在其第二端部附近由壳体11支撑，但是这不是必要的。盖管80可以由任何期望的材料制成，例如不锈钢或类似物，并且可以利用任何合适的方法形成，例如挤出工艺。盖管80还可以包括内部花键部分84。内部花键部分84可以包括任意数量的沿轴向延伸的突起或轨道，这些突起或轨道沿盖管80的任意长度延伸。螺母60的分段的凸缘部分64与盖管80的内部花键部分84对应，以防止螺母60相对于盖管80旋转。这种构造在内部解决了否则将从旋转导螺杆60传递到壳体11的转矩。盖管80的内部花键部分84可以例如利用挤出工艺与盖管80 —体地形成，或者如果期望，可以是附接到盖管的单独的部件。然而，应当理解，盖管80可以以任何其它方式构造，以防止螺母60相对于盖管80旋转。如图所示，延伸管70由盖管80支撑，以相对于盖管进行往复运动。例如，马达20的输出轴24的旋转使得导螺杆50相应地进行旋转。因此，导螺杆50的旋转使得螺母60沿着导螺杆50进行轴向线性运动。延伸管70安装到螺母60，并且由此以线性方式相对于盖管80往复运动，如箭头X所示。所示的盖管80还包括环形密封件86。所示的密封件86固定到盖管80的第二端部。为了实现这种情况，密封件86的一部分可以压配合到盖管80中，并且通过环形凹槽或粘合剂而固定到盖管中。如图3中最佳地示出，密封件86设置在盖管80和延伸管70之间。因此，当延伸管70以线性方式相对于盖管80往复运动时，密封件86擦拭或以其它方式清洁延伸管70的外表面，以防止碎屑和其它污染物进入盖管80。密封件86还可以被构造为提供对延伸管70的端部的补充支撑。应当理解，密封件86可以以任何方式构造，以防止线性致动器10的污染，并且提供对延伸管70的支撑。另外，密封件86可以由任何合适的材料形成以实现本文所述的功能，包括例如橡胶、塑料或类似物。再次参见图2,线性致动器10还包括应变减轻构件90,但是这不是必要的。应变减轻构件90可以实施为橡胶索环，该橡胶索环直接模制到线束缆线(未示出)。应变减轻构件90可以被构造为密封壳体11中相关的开口，并且提供应变减轻，从而线束缆线(未示出)不能够被拉出线性致动器10。所示的线性致动器10还包括印刷电路板(PCB) 92，但是这不是必要的。PCB92在很大程度上是本领域中常规的，并且可以包括具有各种导电迹线的绝缘基底。应当理解，PCB92可以为任何结构，其被构造为支撑且电气地连接线性致动器10的各种电气部件(未示出)。所示的线性致动器10还包括非接触反馈传感器94，以用于从线性致动器10提供操作数据，但是这不是必要的。非接触反馈传感器94 (例如Bourns SD-5999传感器)可以设置为由齿轮减速装置(例如第一齿轮减速装置)驱动。使用单个齿轮减速装置，其使得反馈传感器94对于最长行程的致动器(500mm)旋转大约十圈。反馈传感器94能够被编程，以便为所需的行程提供要求的输出(对于5.0VDC的输出通常为0.5到4.5VDC)。该反馈传感器94可以提供模拟或数字输出。除了由于非接触设计而增加耐久性之外，可编程特征使得用于模拟输出的单个部件和用于数字输出的单个部件标准化。虽然该装置的输出是可编程的，但是通常的应用将在线性致动器10处于缩回位置时提供0.5VDC的输出值且在线性致动器10处于伸展位置时提供4.5VDC的输出值(基于
5.0VDC的输入)。在缩回位置和伸展位置之间的各个位置中，输出与行程成比例。例如，在25%行程处，输出将为1.5VDC ;在50%行程处，输出将为2.5VDC ;在75%行程处，输出将为
3.5VDC。该输出可以通过控制器(未示出)提供诊断。如果生成的输出小于0.5VDC，那么反馈回路接地短路；如果生成的输出大于4.5VDC，那么反馈回路电池短路。在任一种情况下，表面反馈出现问题，并且控制器将断开线性致动器10。线性致动器10还可以包括电子限位开关控制，其提供行程末端断开和/或行程中间推力限制控制。电子限位开关设计感测马达20的电流，以控制延伸管70的行进。当达至_设的电流阈值时，控制器(未示出)切断到马达20的电力，并且通过继电器(未示出)停止线性致动器10。在任何超过电流阈值的时刻都发生这种电力断开，超过电流阈值发生在行程末端位置处或者是由于行程中间过载。通过在线性致动器10的第一个循环期间对电流采样，电流阈值由控制器自动设定。该阈值沿线性致动器10的两个操作方向是独立的。另外，应当完全理解，线性致动器10由耐腐蚀材料设计和构造而成。在本发明的优选实施例中已经解释和图示了本发明的操作原理和模式。然而，必须理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可以以除了具体地所示和所述之外的方式实施。
权利要求
1.一种线性致动器，其包括: 壳体； 盖管，该盖管相对于壳体被支撑； 螺母，该螺母与盖管接合，以防止螺母相对于盖管旋转；以及 导螺杆，该导螺杆与螺母可旋转地接合，其中导螺杆的旋转使得螺母沿着导螺杆行进。
2.根据权利要求1所述的线性致动器，其还包括延伸管，该延伸管固定到螺母并且被支撑以相对于盖管进行线性运动。
3.根据权利要求2所述的线性致动器，其中延伸管的端部部分设置在盖管中并且固定到螺母。
4.根据权利要求1所述的线性致动器，其还包括推力管，该推力管相对于壳体被支撑，其中盖管固定到推力管。
5.根据权利要求4所述的线性致动器，其中推力管的一部分和盖管的一部分设置在壳体中。
6.根据权利要求5所述的线性致动器，其中推力管包括安装部分，该安装部分从壳体延伸，并且适于将线性致动器固定到单独的部件。
7.根据权利要求1所述的线性致动器，其还包括推力管，该推力管相对于壳体被支撑，其中导螺杆的端部部分由推力管可旋转地支撑。
8.根据权利要求1所述的线性致动器，其中盖管包括内部花键，并且螺母与内部花键接合，以防止螺母相对于盖管旋转。
9.根据权利要求8所述的线性致动器，其中螺母包括分段的凸缘部分，该凸缘部分与盖管的内部花键接合。
10.根据权利要求1所述的线性致动器，其还包括马达，该马达具有绕第一轴线旋转的输出轴，其中该输出轴使蜗轮绕第二轴线旋转，该第二轴线与输出轴的第一轴线大致垂直。
11.根据权利要求1所述的线性致动器，其中壳体包括第一盖和第二盖，该第一盖和第二盖装配在一起以形成蛤壳式结构。
12.根据权利要求11所述的线性致动器，其中第一盖和第二盖为通过超声焊接固定在一起的塑料部件。
13.根据权利要求1所述的线性致动器，其还包括非接触反馈传感器，该非接触反馈传感器能够以模拟输出或数字输出从线性致动器提供操作数据。
14.根据权利要求1所述的线性致动器，其还包括电子控制限位开关，该电子控制限位开关感测来自马达的电流，并且基于感测的电流提供行程末端断开和行程中间断开之一。
15.一种线性致动器，其包括: 壳体； 推力管，该推力管相对于壳体被支撑； 盖管，该盖管固定到推力管，其中该盖管包括内部花键； 螺母，该螺母设置在盖管中，以与内部花键接合，从而防止螺母相对于盖管旋转；延伸管，该延伸管固定到螺母并且被支撑以相对于盖管进行线性运动；以及导螺杆，该导螺杆具有端部部分和螺纹部分，该端部部分由推力管可旋转地支撑，该螺纹部分与螺母可旋转地接合，其中导螺杆的旋转使得螺母沿着导螺杆行进。
全文摘要
本发明涉及线性致动器，其包括壳体和相对于壳体被支撑的盖管。螺母接合盖管，以防止螺母相对于盖管旋转。导螺杆可旋转地接合螺母，其中导螺杆的旋转使得螺母沿着导螺杆行进。
文档编号H02K41/02GK103201935SQ201180045614
公开日2013年7月10日 申请日期2011年9月23日 优先权日2010年9月24日
发明者D·C·阿尔法诺, R·利普塞特, E·迈尔斯, G·尼科尔斯, P·保尔森 申请人:丹纳赫公司